DE10010204A1 - Konditionierung eines Ionenstrahls für den Einschuss in ein Flugzeitmassenspektrometer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, die das Phasenvolumen von Ionen eines Ionenstrahls so verringert, dass deren Einschuss in ein nachfolgendes Flugzeitmassenspektrometer die Leistung dieses Spektrometers optimiert. Die Leistung des Flugzeitmassenspektrometers bezieht sich dabei auf die Transmission der Ionen, also auf die Empfindlichkeit des Spektrometers, auf die Zeitauflösung für schnelle Konzentrationsänderungen der untersuchten Substanzen und insbesondere auf das Massenauflösungsvermögen. DOLLAR A Die Erfindung besteht darin, die Ionen durch Stöße mit einem Dämpfungsgas in einem Hochfrequenz-Ionenleitsystem vollständig abzubremsen, sie durch aktiven Vorschub an das Ende des Ionenleitsystems zu führen, dort durch ein Ziehlinsensystem abzuziehen und zu einem Ionenstrahl geringen Phasenvolumens zu formen. Das Ionenleitsystem kann insbesondere die Form eines doppelhelixartig gewendelten Drähtepaares haben und mit einer Hülle umgeben sein, die das Dämpfungsgas aufnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, die das Phasenvolumen von Ionen eines Ionenstrahls so verringert, dass deren Einschuss in ein nachfolgendes Flugzeitmassen­ spektrometer die Leistung dieses Spektrometers optimiert. Die Leistung des Flugzeitmas­ senspektrometers bezieht sich dabei auf die Transmission der Ionen, also auf die Empfindlich­ keit des Spektrometers, auf die Zeitauflösung für schnelle Konzentrationsänderungen der un­ tersuchten Substanzen und insbesondere auf das Massenauflösungsvermögen.

Die Erfindung besteht darin, die Ionen durch Stöße mit einem Dämpfungsgas in einem Hoch­ frequenz-Ionenleitsystem vollständig abzubremsen, sie durch aktiven Vorschub an das Ende des Ionenleitsystems zu führen, dort durch ein Ziehlinsensystem abzuziehen und zu einem Io­ nenstrahl geringen Phasenvolumens zu formen. Das Ionenleitsystem kann insbesondere die Form eines doppelhelixartig gewendelten Drähtepaares haben und mit einer Hülle umgeben sein, die das Dämpfungsgas aufnimmt.

Stand der Technik

Flugzeitmassenspektrometer mit orthogonalem Einschuss eines Primärionenstrahls besitzen einen so genannten Pulser am Anfang der Flugstrecke, der einen Ausschnitt des Primärionen­ strahls, also ein fadenförmiges Ionenpaket, rechtwinklig zur bisherigen Strahlrichtung be­ schleunigt. Dabei bildet sich ein bandförmiger Sekundärionenstrahl, in dem leichte Ionen schnell und schwerere langsamer fliegen, und dessen Flugrichtung zwischen bisheriger Rich­ tung des Primärionenstrahls und der dazu rechtwinkligen Beschleunigungsrichtung liegt. Ein solches Flugzeitmassenspektrometer wird vorzugsweise mit einem geschwindigkeitsfokussie­ renden Reflektor betrieben, der den bandförmigen Sekundärionenstrahl in seiner ganzen Breite reflektiert und auf einen ebenfalls ausgedehnten Detektor lenkt (siehe Abb. 1).

Die Massenauflösung eines solchen Flugzeitmassenspektrometers hängt ganz wesentlich von der Orts- und Geschwindigkeitsverteilung der Ionen des Primärstrahls im Pulser ab.

Fliegen alle Ionen genau in einer Achse hintereinander her und haben die Ionen keine Ge­ schwindigkeitskomponenten quer zum Primärionenstrahl, so läßt sich theoretisch - leicht ein­ sehbar - ein unendlich hohes Massenauflösungsvermögen erreichen, weil alle Ionen gleicher Masse genau in der gleichen Front fliegen und zu genau derselben Zeit den Detektor erreichen. Hat der Primärionenstrahl einen endlichen Querschnitt, aber keines der Ionen eine Geschwin­ digkeitskomponente quer zur Strahlrichtung, so läßt sich durch eine Raumfokussierung des Pulsers wiederum theoretisch eine unendlich hohe Massenauflösung erreichen (W. C. Wiley and I. H. McLaren, "Time-of-Flight Mass Spectrometer with Improved Resolution", Rev. Scient. Instr. 26, 1150, 1955). Die hohe Massenauflösung läßt sich sogar noch dann erreichen, wenn zwischen Ionenort (gemessen von der Strahlachse des Primärstrahls aus in Richtung der Beschleunigung) und Ionenquergeschwindigkeit im Primärstrahl in Richtung der Beschleuni­ gung eine strikte Korrelation besteht. Besteht jedoch keine solche Korrelation, das heißt, sind Ionenorte und Ionenquergeschwindigkeiten statistisch verteilt ohne eine Korrelation zwischen beiden Verteilungen, so läßt sich keine hohe Massenauflösung mehr erreichen.

Es ist also eine Konditionierung des Primärionenstrahls in Bezug auf Orts- und Geschwindig­ keitsverteilung erforderlich, um eine hohe Massenauflösung im Flugzeitmassenspektrometer zu erreichen.

Eine solche Konditionierung lässt sich im einfachsten Fall durch zwei koaxiale Lochblenden mit sehr kleinen Löchern erreichen, die nur sehr achsenparallel und achsennah fliegende Ionen des Strahles durchlassen. Die Konditionierung findet hier auf Kosten der Ionentransmission statt, und damit auf Kosten der Empfindlichkeit eines solchen Massenspektrometers. In der Regel ist eine solche Lösung mit niedriger Empfindlichkeit unerwünscht.

Der sechsdimensionale Raum aus Orts- und Impulskoordinaten heißt der "Phasenraum". In einem Ionenstrahl füllen die Orts- und Impulskoordinaten aller Ionen einen bestimmten Teil des Phasenraums aus, dieser Teil heißt das "Phasenvolumen". Eine Konditionierung des Primär­ strahls heißt also immer eine Reduzierung des Phasenvolumens, zumindest in den Koordinaten quer zur Strahlrichtung. Eine Reduzierung des Phasenvolumens kann nach physikalischen Ge­ setzen nicht mit ionenoptischen Mitteln, sondern nur durch Kühlen des Ionenplasmas des Io­ nenstrahles, beispielsweise durch Kühlen in einem Dämpfungsgas, erreicht werden. Eine solche Kühlung der Ionen durch ein Dämpfungsgas (auf Kosten der Zeit) ist beispielsweise in Hoch­ frequenz-Quadrupol-Ionenfallen bekannt.

Flugzeitmassenspektrometer mit orthogonalem Ioneneinschuss werden bevorzugt für die Auf­ nahme von hochaufgelösten Massenspektren mit schneller Spektrenfolge eingesetzt, um eine schnelle Separation von Substanzen in schnellseparierenden Trennverfahren, beispielsweise Kapillarelektrophorese oder Mikrosäulenchromatographie, ohne zeitliche Verschmierung ver­ folgen zu können. Neben hoher Massenauflösung ist also auch eine hohe Zeitauflösung nach­ einander zugeführter Substanzionen erwünscht. Die Kühlung der Ionen soll daher möglichst in einem Durchlaufverfahren erfolgen, das keine Durchmischung früherer und späterer Ionen er­ zeugt.

Für Flugzeitmassenspektrometer mit vorzugsweise orthogonalem Ioneneinschuss ist jüngst aus US 6,011,259 (Whitehouse, Dresch und Andrien) eine Anordnung bekannt geworden, in der Multipol-Stabsysteme als Ionenleitsysteme ("multipole ion guides") eingesetzt werden, die Io­ nen aus vakuumexternen Ionenquellen zum Massenspektrometer führen und dabei auch für die Auswahl geeigneter Elternionen und deren Fragmentierung benutzt werden. Dabei wird das gleichzeitig in das Vakuumsystem eindringende Gas (meist Stickstoff) als Kollisionsgas für die Fragmentierung benutzt, das auch einen Teil der Bewegung der Ionen dämpft, aber nicht sys­ tematisch zur Verringerung des Phasenvolumens der Ionen benutzt werden kann. Multipol- Stabsysteme als Ionenleitsysteme haben keinen aktiven Vortrieb der Ionen; deshalb darf in ih­ nen die Geschwindigkeit nicht vollkommen gedämpft werden, da sie sonst das Ionenleitsystem nicht mehr unvermischt passieren können. Andererseits können sie als Speicher mit bedarfs­ zeitgesteuertem Ausfluss der Ionen benutzt werden, dabei vermischen sich aber frühere und spätere Ionen und stören die Zeitauflösung schneller Chromatographie oder Elektrophorese.

Diese Multipolfeld-Ionenleitsysteme bestehen aus mindestens zwei Paaren von geraden Polstä­ ben, die sich gleichmäßig verteilt auf der Mantelfläche eines Zylinders befinden, und deren Stä­ be abwechselnd mit den beiden Phasen einer Hochfrequenzspannung versorgt werden. Bei zwei Stabpaaren spricht man von einem Quadrupolfeld, bei mehr als zwei Stabpaaren von He­ xapol-, Oktopol-, Dekapol-, Dodekapolfeldern usw. Ein ionenführendes Dipolfeld mit nur ei­ nem Stabpaar lässt sich nicht erzeugen. Die Felder werden häufig als zweidimensional bezeich­ net, weil sich in jedem Querschnitt durch die Stabanordnung die gleiche Feldverteilung ergibt. Die Feldverteilung ändert sich also nur in zwei Dimensionen.

Die Hochfrequenz-Multipol-Stabsysteme sind als Führungsfelder für Ionen zwischen Ionener­ zeuger und Ionenverbraucher bekannt geworden, insbesondere als Zuführung vakuumextern erzeugter Ionen zu Hochfrequenz- oder ICR-Ionenfallen.

Die für die Führung von Ionen verwendeten Stabsysteme sind im allgemeinen sehr schlank, um die Ionen in einem Gebiet sehr kleinen Durchmessers zu konzentrieren. Sie können dann vor­ teilhaft mit niedrigen Hochfrequenzspannungen betrieben werden und bilden einen guten Aus­ gangspunkt für die weitere ionenoptische Abbildung der Ionen. Der lichte zylindrische Innen­ raum hat oft nur etwa 2 bis 4 Millimeter Durchmesser, die Stäbe sind weniger als einen Milli­ meter dick. Die Stäbe werden zumeist in Nuten eingepaßt, die sich im Inneren von Keramik­ ringen befinden. Die Anforderungen an die Gleichmäßigkeit des Innendurchmessers, also an die Stababstände, sind relativ hoch. Das System ist daher nicht einfach herzustellen, es ist außer­ dem empfindlich gegen Vibrationen und Schock. Die Stabsysteme verbiegen sehr leicht, und sind dann nicht mehr zu justieren.

Andererseits sind aus US 5,572,035 (Franzen) verschiedenartige Ionenleitsysteme bekannt geworden, die von den hier beschriebenen Multipol-Stabsystemen völlig verschieden sind. Ei­ nes davon besteht aus nur zwei schraubenförmig gewendelten Leitern in Form einer Doppelhe­ lix, die durch Anschluss an die beiden Phasen einer Hochfrequenzspannung betrieben werden.

Aufgabe der Erfindung

Es ist das Ziel dieser Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen zu finden, die den Primärionen­ strahl für Flugzeitmassenspektrometer mit Orthogonaleinschuss so konditioniert, dass gleich­ zeitig eine hohe Empfindlichkeit, eine hohe Zeitauflösung für wechselnde Ionenzusammenset­ zungen und eine hohe Massenauflösung erzielt werden. Dazu muss insbesondere das Phasen­ volumen im Primärionenstrahl verringert werden.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung besteht darin, für die Konditionierung der Ionen (a) ein Ionenleitsystem einer der bekannten Arten zu verwenden, (b) die Bewegung der Ionen durch eine Befüllung mit Gas vollständig zu dämpfen, so dass sie sich praktisch im Gas ruhend in der Achse des Ionenleit­ systems sammeln, (c) die Ionen dann aktiv zum Ende des Ionenleitsystems zu führen, (d) sie dort durch ein Ziehlinsensystem zu extrahieren und (e) zu einem konditionierten Strahl von Ionen geringen Phasenvolumens zu formen.

Es kommt also insbesondere darauf an, die Länge des Ionenleitsystems und den Druck des Dämpfungsgases so aufeinander abzustimmen, dass die eingeschossenen Ionen - bis auf ther­ mische Diffusionsbewegungen - im Gas vollständig zum Stehen kommen und sich dabei in der Achse des Ionenleitsystems sammeln. Der Stillstand der Ionen macht es notwendig, im Gegen­ satz zum bisherigen Gebrauch von solchen Ionenleitsystemen, die Ionen aktiv zum Ende des Ionenleitsystems zu führen.

Das Ionenleitsystem kann ein mit Hochfrequenzspannungen beschicktes Stabsystem sein, wo­ bei sich durch vier Stäbe ein Quadrupolsystem, durch sechs Stäbe ein Hexapolsystem, durch acht Stäbe ein Oktopolsystem aufbauen läßt. Besonders geeignet ist aber für den vorliegenden Zweck ein einfach aufgebautes Ionenleitsystem in Form einer Doppelhelix, wie es in US 5,572,035 im Einzelnen beschrieben ist.

Eine Befüllung mit Gas ist möglich, indem das Ionenleitsystem in einer Vakuumkammer betrie­ ben wird, die sich auf einem gewünschten Druck zwischen 0,01 bis 100 Pascal (vorzugsweise zwischen 0,1 und 10 Pascal) befindet, oder aber durch eine mindestens teilweise Umhüllung des Ionenleitsystems so, dass nur die Umhüllung mit Gas befüllt wird. Das Gas kann dann durch die Umhüllung und damit durch Stabsystem oder Doppelhelix strömen.

Der aktive Vortrieb der gedämpften Ionen kann auf mehrere Weisen geschehen: (1) Die Ionen können am einfachsten durch das eingeführte Gas selbst vorgetrieben werden, wenn das Gas am Anfang einer Umhüllung des Ionenleitsystems zugeführt wird und das Ionenleitsystem zum Ende hin durchströmt. (2) Durch eine konische Ausführung des Ionenleitsystems kann ein sachter Vortrieb der Ionen erreicht werden. (3) Das Ionenleitsystem kann mit einem schwachen achsialen Gleichfeld versehen werden, das die Ionen zum Ende des Leitsystems führt. Bei­ spielsweise kann durch eine Versorgung der Polstäbe oder Helixdrähte mit einer Gleichspan­ nung ein Spannungsabfall längs der Achse des Ionenleitsystems erzeugt werden. Zweckmäßi­ gerweise sind dazu die Polstäbe oder Drähte der Doppelhelix aus Widerstandsdraht gefertigt. Es genügt ein sehr geringes Feld von nur etwa 0,01 bis 1 Volt pro Zentimeter (vorzugsweise etwa 0,1 V/cm), um die Ionen voranzutreiben.

Eine Ziehlinse ist eine ionenoptische Linse, die den Ionen gleichzeitig mit einer Fokussierung (oder Defokussierung) auch eine Beschleunigung erteilt. Beide Seiten der Linse befinden sich also auf verschiedenen Potentialen. Das steht im Gegensatz zu einer so genannten Einzellinse, die nur eine fokussierende (oder defokussierende) Wirkung, aber keine Beschleunigung ausübt; die Einzellinse hat also stets das gleiche Potential auf beiden Seiten. Ziehlinsen und Einzellinsen bestehen in der Regel aus konzentrischen Lochblenden in festem Abstand zueinander. Ein Ziehlinsensystem ist ein System aus ionenoptischen Linsen, in das mindestens eine Ziehlinse integriert ist; damit lässt sich ein kleinflächer Ursprungsort energiehomogener Ionen in einen noch kleinflächigeren Bildort (im Ionenfokus) mit engem Fokuswinkel abbilden oder auch in einen Parallelstrahl engen Querschnitts verwandeln.

Eine Ziehlinse kann die Ionen aus dem Ionenleitsystem besonders gut herausziehen, wenn das Potential der zweiten Lochblende durch das Loch der ersten Lochblende hindurch in das Io­ nenleitsystem hineingreift. Die erste Lochblende befindet sich dabei etwa auf dem Achsenpo­ tential der Ionenleitvorrichtung. Dabei ist das Loch der zweiten Lochblende günstigerweise kleiner im Durchmesser als das Loch der ersten Lochblende. Weiterhin ist es günstig, die drei letzten Blenden des Ziehlinsensystems als Einzellinse auszubilden, das die gewünschte Fokus­ sierung übernimmt.

Da im Ionenleitsystem ein für Ionenbewegungen gewollt schädlicher Gasdruck herrscht, im Flugzeitmassenspektrometer aber ein sehr gutes Vakuum herrschen muss, müssen diese in ge­ trennten Vakuumkammern untergebracht sein. Es ist dann zweckmäßig, die Lochblende des Ziehlinsensystems mit dem kleinsten Loch in die Wand zwischen den Vakuumkammern gas­ dicht zu integrieren. Der Lochdurchmesser kann bei etwa 0,5 Millimetern liegen. Zum Auf­ rechterhalten einer guten Druckdifferenz hilft es, wenn das Loch zu einem kleinen Kanal ge­ formt wird. Es können auch zwei Lochblenden des Ziehlinsensystems zur Erzeugung einer differentiellen Pumpstufe benutzt werden, indem zwischen diesen beiden Lochblenden separat abgepumpt wird.

Außerdem hilft es für das Aufrechterhalten eines guten Drucks im Flugzeitmassenspektrome­ ter, wenn im Ionenleitsystem der Druck des Dämpfungsgases zum Ende hin abnimmt. Das kann erreicht werden, wenn das Gas am Anfang einströmt und wenn durch Öffnungen in der Umhüllung längs des Ionenleitsystems ein Druckabfall erzeugt wird.

Das Ionenleitsystem kann insbesondere auch zum Fragmentieren eingeschossener Ionen ver­ wendet werden. Es können somit Tochterionenspektren aufgenommen werden. Die Ionen müssen dann mit einer kinetischen Energie eingeschossen werden, die zum Stoßfragmentieren ausreicht. Hier ist es für eine gute Ausbeute, aber auch für die nachfolgende Konditionierung der Fragmentionen besonders wichtig, die Ionen im Kollisionsgas bis zum Stillstand abzubrem­ sen. Die relativ langsame Führung (in einigen Millisekunden) der dann praktisch ruhenden Io­ nen zum Ende des Ionenleitsystems hilft außerdem, die Tochterionen zu kühlen und kurzlebige, hoch angeregte Tochterionen zum Zerfall zu bringen. Dadurch wird ein weitgehend unter­ grundfreies Tochterionenspektrum im Flugzeitspektrometer erhalten, das nicht durch Streuio­ nen aus Ionenzerfällen während des Fluges im Flugzeitmassenspektrometer verunreinigt ist.

Um saubere Tochterionenspektren ohne fremde Begleitionen zu erhalten, ist es zweckmäßig, die ausgewählten Elternionen von allen sonstigen Begleitionen zu säubern. Man nennt das "Io­ nenselektion". Das geschieht üblicherweise durch ein vorgeschaltetes Massenspektrometer. Es können hier beliebige, kontinuierlich filternde Massenspektrometer verwendet werden, bei­ spielsweise magnetische Sektorfeldmassenspektrometer. Besonders geeignet sind aber lineare Massenspektrometer wie Quadrupolfilter oder Wienfilter. Ein Wienfilter ist eine Überlagerung eines Magnetfeldes und eines elektrischen Feldes so, dass die ausgewählten Ionen geradeaus fliegen, ihre magnetische Ablenkung also gerade durch die elektrische Ablenkung kompensiert wird. - Die Verwendung eines ersten Massenspektrometers für die Ionenselektion, einer Soß­ zelle für die Fragmentierung und eines zweiten Massenspektrometers für die Analyse der Tochter- oder Fragmentionen heißt man "Tandem-Massenspektrometrie" oder "MS/MS".

Es können die Elternionen für die Erzeugung von Tochterionen in verschiedener Weise selek­ tiert werden. So kann man alle Isotopenionen einer Substanz mit gleicher Ladung auswählen, oder aber auch nur eine einzige Isotopensorte ("monisotopische" Ionen).

Beschreibung der Bilder

Abb. 1 zeigt ein Prinzipschema der Erfindung. Durch eine Öffnung (1) einer Vakuum­ kammer (2) tritt ein Bündel von Ionen verschiedener Anfangsenergien und Anfangsrichtungen in ein Ionenleitsystem (4) ein, das sich in einer gasdichten Hülle befindet. Gleichzeitig tritt auch Dämpfungsgas mit in das Ionenleitsystem ein, das wegen der Hülle nicht austreten kann und somit bis zum Ende des Ionenleitsystems strömen muss. Dabei ist dafür gesorgt, dass so viel Gas eintritt, dass die eintretenden Ionen durch Stöße vollständig abgebremst werden und im strömenden Gas des Ionenleitsystems zum Stillstand kommen. Da im Ionenleitsystem ein Pseu­ dopotential für die Ionen herrscht, das in der Achse (5) am geringsten ist, sammeln sich die Ionen in der Achse (5). Das strömende Dämpfungsgas nimmt die Ionen in der Achse (5) durch Gasreibung zum Ende des Ionenleitsystems (4) mit. Hier tritt das Dämpfungsgas aus. Es wird durch die Vakuumpumpe (6) an der Vakuumkammer (2) abgepumpt.

Am Ende des Ionenleitsystems (4) befindet sich das Ziehlinsensystem (7), dessen zweite Loch­ blende in die Wand (8) zwischen Vakuumkammer (2) für das Ionenleitsystem (4) und Vaku­ umkammer (9) für das Flugzeitmassenspektrometer integriert ist. Das Ziehlinsensystem (7) besteht hier aus fünf Lochblenden; es zieht die Ionen aus dem Ionenleitsystem (4) heraus und formt einen feinen Ionenstrahl mit geringem Phasenvolumen, der in den Pulser (12) fokussiert wird. Ist der Pulser mit durchfliegenden Ionen gerade gefüllt, so treibt ein kurzer Spannungs­ puls ein breites Paket an Ionen quer zur bisherigen Flugrichtung aus und bildet einen breiten Ionenstrahl, der in einem Reflektor (13) reflektiert und von einem Ionendetektor (14) zeitlich hochaufgelöst gemessen wird.

Abb. 2 zeigt ein Hexapolsystem, das als Beispiel eines Ionenleitsystems aus geraden Stä­ ben dient.

Abb. 3 zeigt einen kurzen Abschnitt eines Ionenleitsystems, das als Doppelhelix ausge­ führt ist.

Besonders günstige Ausführungsformen

Ein Flugzeitmassenspektrometer mit orthogonalem Ioneneinschuss wird hauptsächlich mit Io­ nenquellen betrieben, die großmolekulare Ionen von biochemisch interessanten Substanzen erzeugen. Die Ionisierung erfolgt beispielsweise durch matrixunterstützte Laserdesorption von Substanzen auf Probenträgern im Vakuum (MALDI = matrix assisted laser desorption and ionization) oder durch Elektrosprühen von gelösten Substanzen unter Atmosphärendruck au­ ßerhalb des Vakuumsystems (ESI = electrospray ionization). Im letzteren Fall werden die Io­ nen durch Eingangsöffnungen oder Eingangskapillaren ins Vakuum gebracht, das dabei mitge­ nommene Umgebungsgas (meist Stickstoff) wird dabei in mehreren Differentialpumpstufen abgesaugt, siehe dazu beispielsweise US 6,011,259 (Whitehouse et al.).

Die Ionen, die durch MALDI, ESI oder durch eine andere Ionisierungart erzeugt worden sind, werden nach einer günstigen Ausführungsform irgendwo auf ihrem Weg zum Flugzeitmassen­ spektrometer in ein Ionenleitsystem eingeschossen, wie es als Prinzip in Abb. 1 gezeigt wird. Das kann bereits früh in einer der Differentialdruckstufen geschehen, wobei dann das Ionenleitsystem durch die Wände zwischen Differentialdruckstufen hindurchführen kann. Das kann aber auch später in einer eigenen Vakuumkammer geschehen, wie in Abb. 1 darge­ stellt. Die Ionen haben im Allgemeinen bei ihrem Einschuss eine gewisse kinetische Energie von einigen Elektronenvolt, die sie vorwiegend durch ein elektrisches Führungsfeld gewonnen haben und die zu ihrem Transport in das Ionenleitsystem hinein dient. Die Energie darf nicht mehr als etwa 2 bis 8 Elektronenvolt betragen, wenn keine Fragmentierung der Ionen durch die nachfolgenden Stöße im Ionenleitsystem eintreten soll.

Ein Hochfrequenz-Ionenleitsysten hat die Eigenschaft, Ionen mäßiger Energie und nicht zu kleiner Masse von einer gedachten Zylinderwand des Ionenleitsystems fernzuhalten (siehe dazu US 5,572,035). Die Ionen werden also quasi wie in einer Rohrleitung eingeschlossen. Das ge­ schieht durch ein so genanntes Pseudopotentialfeld, ein zeitlich gemitteltes Kraftfeld, das auf die Ionen einwirkt (das Pseudopotential ist massenabhängig, was hier aber nur am Rande inte­ ressiert). Das Pseudopotential aller bisher bekannt gewordenen Ionenleitsysteme hat eine Mul­ de in der Achse des Ionenleitsystems, es steigt zu der gedachten zylindrischen Wand hin an und reflektiert anlaufende Ionen an der gedachten Zylinderwand.

Das Ionenleitsystem kann ein mit Hochfrequenzspannungen beschicktes, so genanntes Multi­ pol-Stabsystem sein, wobei sich durch vier Stäbe ein Quadrupolsystem, durch sechs Stäbe ein Hexapolsystem (Abb. 2), durch acht Stäbe ein Oktopolsystem aufbauen läßt. Es sind für ein Ionenleitsystem mindestens vier Stäbe erforderlich, ein Dipolsystem aus nur zwei Stäben kann die Ionen nicht führen. Es gibt aber sehr wohl ein System aus nur zwei Polen, das die Ionen führen kann, dazu müssen aber die Pole keine Stäbe, sondern räumlich schraubenförmig gewendelte Drähte sein (Abb. 3). Für den vorliegenden Zweck ist ein solches Ionenleit­ system in Form einer Doppelhelix nach US 5,572,035 besonders geeignet. Natürlich kann man ein gewendeltes Polsystem auch aus vier oder mehr Wendeln aufbauen.

Das Ionenleitsystem ist nun erfindungsgemäß so stark mit Dämpfungsgas gefüllt, dass die Io­ nen im Gas vollständig abgebremst werden. Je nach Länge des Ionenleitsystems ist dazu ein Druck zwischen 0,01 bis 10 Pascal erforderlich. Der normalerweise günstigste Gasdruck liegt zwischen 0,1 und 1 Pascal. Der günstigste Druck wird experimentell ermittelt. Es kann als Dämpfungsgas Helium verwendet werden, es hat sich aber auch bewährt, einfach den Stick­ stoff aus dem Umgebungsgas der Elektrosprüheinrichtung zu benutzen, der zusammen mit den Ionen in das Vakuumsystem des Massenspektrometers eintritt. Sollen die eingeführten Ionen fragmentiert werden, so haben sich auch schwerere Gase, beispielsweise Argon, bewährt. Das Dämpfungsgas kann der Vakuumkammer durch eine eigene Gaszuführung zugeführt werden, es kann aber auch durch eine Öffnung aus einer vorhergehenden Differentialpumpkammer zu­ fließen. Dabei ist es günstig, das Ionenleitsystem mit einer engen Hülle zu umgeben, die das Dämpfungsgas aufnimmt; dann braucht nicht die gesamte Vakuumkammer geflutet zu werden. Wenn die Ionen vollständig abgebremst werden, sammeln sie sich in der Pseudopotentialmulde in der Achse des Ionenleitsystems. Aufgrund ihrer Ladung stoßen sie sich gegenseitig ab und verteilen sich so relativ gleichmäßig.

Erfindungsgemäß ist es besonders günstig, das Gas auch zum Transport der vollständig abge­ bremsten Ionen durch das Ionenleitsystem zu verwenden: strömt das Gas nahe am Anfang der Hülle des Ionenleitsystems in das System ein, so fließt ein Teil des Gases zum Ende und kann so die Ionen durch viskose oder molekulare Gasreibung, das heißt durch große Anzahlen an sachten Stößen, mitnehmen. Auf die Ionen wirken in stab- oder doppelhelixförmigen zylindri­ schen Ionenleitsystemen ohne achsiales Gleichfeld keine achsialen Kräfte (es sei denn eine Kraft durch die Raumladung ungleich verteilter Ionen); eine Mitnahme durch das Gas erfolgt somit widerstandslos. Das Gas wird automatisch dann am Anfang in die Hülle des Ionenleit­ systems eingefüllt, wenn es durch eine Öffnung aus einer vorhergehenden Differentialpump­ kammer einfließt. Die Zeit zum Erreichen des Endes des Ionenleitsystems dauert dabei einige Millisekunden. Abgesehen von einer sehr schwachen Vermischung durch Diffusion, tritt keine Vermischung von früher und später eingeschossenen Ionen ein. Die Ionen werden am Ende praktisch in derselben Reihenfolge entnommen, in der sie eingeschossen wurden: die Zeitauflö­ sung der Ionenzusammensetzung bleibt erhalten, wenn die Entnahme der Ionen am Ende kon­ tinuierlich erfolgt und nicht gelegentlich oder periodisch gestoppt wird.

Der Transport der Ionen zum Ende des Ionenleitsystems hin kann aber auch allein oder zusätz­ lich durch andere Arten des Vortriebs erreicht werden. So kann man das Ionenleitsystem als Konus (statt als Zylinder) ausbilden, es entsteht dann eine Pseudopotentialfeldkomponente in axialer Richtung, die zum Transport ausgenutzt werden kann.

Günstiger noch ist die Erzeugung eines realen elektrischen Gleichfeldes längs der Achse des Ionenleitsystems. Das kann durch Anlegen von gleichen Gleichspannungen beidseitig an die Enden aller Polstäbe oder an die Enden der beiden Helixdrähte geschehen. Hier zeigt sich be­ sonders, wie günstig die Doppelhelix ist, da nur zwei gleiche Gleichspannungen angelegt wer­ den müssen. Die Spannungsversorgungen sind dann mit der Hochfrequenzspannung zu überla­ gern. Es ist zweckmäßig, für die Doppelhelix Widerstandsdrähte zu verwenden, und durch die beiden Drähte je einen nur sehr kleinen Gleichstrom zu schicken. Auch hier ist die Doppelhelix besonders günstig, weil die Drähte wegen der Wendelung sehr lang sind und auch sehr dünn gehalten werden können, was sich günstig für einen hohen Widerstand auswirkt. Das Abfließen der Hochfrequenz in die Gleichstromversorgung kann recht gut durch HF-Drosseln verhindert werden. Das achsiale Gleichfeld braucht nur sehr schwach zu sein: 0,01 bis maximal 1 Volt pro Zentimeter genügen für den Vortrieb. Vorzugsweise wird etwa 0,1 Volt pro Zentimeter ange­ legt.

Es können natürlich auch mehrere Vortriebsmechanismen gekoppelt werden. Es ist dabei auch möglich, die Vortriebsmechanismen gegeneinander laufen zu lassen, solange nur eine Kompo­ nente übrig bleibt, die die Ionen zum Ende des Ionenleitsystems führt. So ist es möglich, ein konisches oder trompetenförmiges Ionenleitsystem zu benutzen, das am Einschussende weit geöffnet ist, um alle Ionen auch unter größeren Winkeln einfangen zu können, am Austrittsen­ de dagegen sehr eng, um einen feinen Ionenfaden in der Achse auszubilden. Dieses System bildet eine Pseudokraft aus, die die Ionen zum Einschussende zurücktreibt, jedoch kann diese schwache Pseudokraft leicht durch stärkeren Gasstrom oder ein Gleichfeld überwunden wer­ den.

Jedes Ionenleitsystem hat die Eigenschaft, nur Ionen oberhalb eines vorgegebenen Masse-zu- Ladungsverhälnisses zu sammeln und zu führen. Leichtere Ionen entweichen aus dem System. Man spricht dabei von einer unteren Massengrenze des Ionenleitsystems; diese hängt von der Geometrie des Ionenleitsystems, der Frequenz und der Amplitude der Hochfrequenzspannung ab. Für die Analyse großer Ionen von biochemisch interessanten Substanzen ist diese Grenze im Allgemeinen ohne Belang.

Mit einer Frequenz von etwa 6 Mehahertz und einer Spannung von etwa 250 Volt werden in einer Doppelhelix alle einfach geladenen Ionen mit Massen oberhalb von 50 atomaren Massen­ einheiten fokussiert. Leichtere Ionen, beispielsweise Luftionen N₂ ⁺ und O₂ ⁺, verlassen die Io­ nenleitvorrichtung. Durch höhere Spannungen oder geringere Frequenzen kann die Abschnei­ degrenze für die Ionenmassen auf beliebige Werte bis zu etwa 1000 atomaren Masseneinheiten erhöht werden. Die genaue Funktion der untere Massen-Abschneidegrenze in Abhängigkeit von Spannung und Frequenz wird durch einen Kalibriervorgang experimentell ermittelt.

Eine Massenobergrenze existiert für ein solches System nicht, wenn der Hochfrequenzspan­ nung keine Gleichspannung überlagert wird. Wird eine Massenobergrenze gewünscht, so kann diese erzeugt werden: es ist dazu den beiden Phasen der Hochfrequenzspannung je ein vonein­ ander verschiedenes Gleichspannungspotential zu überlagern. Eine Massenobergrenze ist für ein Flugzeitspektrometer günstig, wenn eine sehr hohe Spektrenaufnahmerate eingehalten wer­ den soll. Es treten dann keine Geisterpeaks im nächsten Spektrum auf, die von sehr schweren und daher sehr langsamen Ionen aus dem vorigen Zyklus der Spektrennahme herrühren. Eine Massenobergrenze erhöht dabei aber auch immer die Massenuntergrenze. Es kann der Massen­ bereich dadurch sogar auf eine einzige Masse eingeschränkt werden. Es können mit einer sol­ chen Einrichtung also bereits Ionen vorselektiert werden. Auch hier kann durch einen Kalib­ riervorgang der Massenbereich bestimmt und für die Benutzung reproduzierbar einstellbar ge­ macht werden.

Sind die Ionen zum Ende des Ionenleitsystems geführt, so werden sie durch ein Ziehlinsensys­ tem herausgezogen. Ein Ziehlinsensystem ist ein ionenoptisches Mittel, mit dem Ionen eines flächigen Ursprungsorts auf einen ebenfalls flächigen Bildort abgebildet werden, wobei die Ionen gleichzeitig eine Beschleunigung erfahren. Sind die Ionen des Ursprungsortes sehr ener­ giehomogen, so kann ein Bildort erzeugt werden, der kleiner als der Ursprungsort ist.

Die fadenförmig in der Achse des Ionenleitsystems befindlichen, nur noch mit thermischen E­ nergien versehenen Ionen können somit mit einem Ziehlinsensystem exzellent zu einem extrem feinen Primärionenstrahl geformt werden, der in den Pulser des Flugzeitspektrometers gerichtet ist. Die Stirnfläche des Ionenfadens im Ionenleitsystem bildet dabei den Ursprungsort für die Ziehlinse. Die Ionen im feinen Primärionenstrahl, der durch das Ziehlinsensystem bebildet wird, werden dabei durch eine einstellbare Spannung auf eine Energie beschleunigt, die für den Pul­ ser günstig ist. Je nach Länge des Pulsers und der Aufnahmezykluszeit liegen die Energien zwi­ schen etwa 5 und 50 Elektronenvolt. Dabei kann im Pulser ein enger Fokuspunkt (als Bildort der Stirnfläche des Ionenfadens im Ionenleitsystem) erzeugt werden; es kann aber auch vorge­ zogen werden, einen feinen Parallelstrahl zu erzeugen. Die günstigste Einstellweise für den erzeugten Ionenstrahl hängt von den Eigenschaften des Flugzeitmassenspektrometers ab; sie kann leicht experimentell bestimmt werden.

Das Ziehlinsensystem besteht zweckmäßigerweise aus einer Ziehlinse, die die Ionen aus dem Ionenleitsystem herauszieht und dabei in der Regel einen Zwischenfokus erzeugt, und einer nachfolgenden Einzellinse, die den Zwischenfokus in den Pulser hinein abbildet. Das Sytem aus Ziehlinse und Einzellinse kann im Extrem auf nur vier Lochblenden reduziert werden, von de­ nen die letzten drei die Einzellinse bilden. Günstig ist es jedoch, ein System aus fünf Lochblen­ den zu benutzen, wobei die ersten drei Lochblenden die Ziehlinse, und die letzten drei Loch­ blenden die Einzellinse bilden. Die mittlere Lochblende gehört beiden Linsen gemeinsam an. Die erste Lochblende befindet sich dabei praktisch auf dem Achsenpotential des Ionenleitsy­ tems, die dritte und fünfte auf dem Beschleunigungspotential für die Ionen im Primärstrahl. Das Potential der zweiten Blende steuert die Ionenextraktion der Ziehlinse, das Potential der vierten Blende steuert die Fokusweite der Einzellinse.

Ist der Pulser mit Ionen des Primärstrahls gefüllt, so wird im ionengefüllten Pulser sehr schnell (in einigen Nanosekunden) ein hohes Beschleunigungsfeld eingeschaltet, das die Ionen recht­ winklig zu ihrer bisherigen Richtung als breites Ionenpaket aus dem Pulser heraus beschleunigt. Das Beschleunigungsfeld kann durch Einschalten einer Spannung an einer der beiden Blenden (oder auch an beiden zugleich) erzeugt werden, durch die der Primärstrahl hindurchfliegt. Die Spannung muss nach dem Verlassen der Ionen wieder ausgeschaltet werden, damit sich der Pulser wieder mit (durchfliegenden) Ionen aus dem kontinuierlich eingeschalteten Primärionen­ strahl füllen kann. Es wird also ein Spannungspuls relativ kurzer Länge angelegt, daher der Name "Pulser". Der Pulser kann auch, wie in Abb. 1 angedeutet, zwei Beschleunigungs­ strecken besitzen, wobei das Beschleunigungsfeld in der zweiten Strecke immer eingeschaltet bleibt; dann braucht die gepulste Spannung für die erste Beschleunigungsstrecke nicht so hoch zu sein.

Das ausgepulste breite Ionenpaket fliegt nun in einem Winkel, der zwischen der Richtung des Primärionenstrahls und der Beschleunigungsrichtung liegt, auf den Reflektor zu, wird dort breitbandig reflektiert und fliegt dann zum Ionendetektor, wo der zeitlich veränderliche Ionen­ strom die Flugzeiten der Ionen verschiedener Masse-zu-Ladungsverhältnisse anzeigt. Ein Paket von Ionen gleichen Masse-zu-Ladungsverhältnisses bildet also einen Faden, der während des Fluges seine parallele Ausrichtung zum Primärstrahl beibehält; alle Ionen mit gleichem m/z des Pakets treten in den ebenfalls parallel ausgerichteten Reflektor gleichzeitig ein und wieder aus, und werden auch gleichzeitig in dem ebenfalls parallel ausgerichteten Detektor nachgewiesen. Aus dem Ionenstromsignal werden dann die Flugzeiten und daraus die Masse-zu-Ladungsver­ hältnisse berechnet.

Naturgemäß muss im Flugzeitmassenspektrometer ein gutes Vakuum herrschen, um nicht durch Stöße zwischen Ionen und Restgas Streuionen zu erzeugen, die ein Untergrundrauschen im Spektrum ergeben. Im Ionenleitsystem herrscht dagegen gewollt ein Gasdruck, der sehr viele Stöße mit den Ionen erzeugt. Spektrometer und Ionenleitsystem müssen also in verschie­ denen Vakuumkammern untergebracht sein, die verschieden gute Vakua enthalten. Die Ionen­ passage zwischen beiden Kammern darf somit keinen guten Leitwert für den Durchtritt von Gasen besitzen. Es ist daher zweckmäßig, die Ziehlinsenblende mit dem kleinsten Loch zur einzigen Verbindung zwischen den Kammern zu machen, die Blende also in die Wand zwi­ schen beiden Kammern gasdicht zu integrieren. Diese Blende kann auch als kleiner Kanal aus­ gebildet werden, der den Leitwert noch einmal herabsetzt. Für eine Vakuumpumpe großer Saugleistung an der Spektrometerkammer reicht diese Anordnung aus. Soll aus ökonomischen Gründen eine kleinere Pumpe verwendet werden, so ist es günstig, das Ziehlinsensystem zwi­ schen zwei geeigneten Blenden eigens zu bepumpen, also eine Differentialpumpanordnung zu wählen.

Des weiteren hilft es für das Aufrechterhalten eines guten Drucks im Flugzeitmassenspektro­ meter, wenn im Ionenleitsystem der Druck des Dämpfungsgases zum Ende hin abnimmt. Das kann erreicht werden, wenn das Gas am Anfang in das umhüllte Ionenleitsystem einströmt und wenn durch Öffnungen in der Umhüllung längs des Ionenleitsystems ein kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Druckabfall erzeugt wird, so dass an der Lochblende zur Spektrometer­ kammer keine extrem hohe Gasdichte mehr ansteht.

Das Ionenleitsystem kann insbesondere auch zum Fragmentieren eingeschossener Ionen ver­ wendet werden, um so ein Tochterionenspektren der in das Ionenleitsystem eingeschossenen Elternionen aufzunehmen. Die Elternionen müssen dazu mit einer kinetischen Energie einge­ schossen werden, die zu ihrer eigenen Stoßfragmentierung ausreicht. Dabei ist zu berücksichti­ gen, dass es im Ionenleitsystem neben harten Stößen, die zur Energieaufnahme im Ion und schließlich zur Fragmentierung führen, auch immer kühlende Stöße gibt, die Energie aus dem Molekülsystem des Ions wieder abführen können. Es sind daher Beschleunigungen auf etwa 20 bis 30 Elektronenvolt pro Ionenladung erforderlich, obwohl die chemischen Bindungsenergien im Molekül nur etwa fünf Elektronenvolt betragen. Von Vorteil ist hier die Zuführung eines Stoßgases mit nicht zu kleiner Masse, da dadurch die Stöße härter werden. Während als Dämpfungsgas oft Helium oder, falls sowieso vorhanden, allenfalls Stickstoff verwendet wer­ den, ist für eine Stoßfragmentierung mindestens Stickstoff oder besser noch Argon vorzuzie­ hen. Auch noch schwerere Gase können benutzt werden.

Für eine gute Ausbeute, aber auch für die nachfolgende Konditionierung der Fragmentionen ist es hier besonders wichtig, die Ionen im Kollisionsgas auch in diesem Falle der Fragmentierung bis zum Stillstand abzubremsen. Die relativ langsame Führung (in einigen Millisekunden) der dann praktisch ruhenden Ionen zum Ende des Ionenleitsystems hilft außerdem, die Tochterio­ nen zu kühlen und kurzlebige, hoch angeregte Tochterionen zum Zerfall zu bringen. Dadurch wird ein weitgehend untergrundfreies Tochterionenspektrum im Flugzeitspektrometer erhalten, das nicht durch Streuionen aus Ionenzerfällen während des Fluges im Flugzeitmassenspektro­ meter verunreinigt ist.

Um saubere Tochterionenspektren ohne fremde Begleitionen zu erhalten, ist es zweckmäßig, aus einem Angebot von Ionen einer Ionenquelle durch ein vorgeschaltetes Massenspektrometer nur die gewünschte Elternionensorte auszuwählen und dem Ionenleitsystem zur Fragmentie­ rung zuzuführen. Man nennt das "Ionenselektion". Es können hier beliebige, kontinuierlich filternde Massenspektrometer verwendet werden, beispielsweise magnetische Sektorfeldmas­ senspektrometer. Besonders geeignet sind aber lineare Massenspektrometer wie Quadrupolfil­ ter oder Wienfilter. Ein Wienfilter ist eine Überlagerung eines Magnetfeldes und eines elektri­ schen Feldes so, dass die ausgewählten Ionen geradeaus fliegen, ihre magnetische Ablenkung also gerade durch die elektrische Ablenkung kompensiert wird. Treten die Ionen aus dem ers­ ten Massenspektrometer nicht mit der zur Fragmentierung benötigten kinetischen Energie aus, so müssen die Ionen entwedet nachbeschleunigt oder abgebremst werden. Aus einem Quadru­ polmassenfilter müssen sie für gewöhnlich nachbeschleunigt, aus einem Wienfilter dagegen abgebremst werden.

Die Verwendung eines ersten Massenspektrometers für die Ionenselektion, einer Stoßzelle für die Fragmentierung und eines zweiten Massenspektrometers für die Analyse der Tochter- oder Fragmentionen heißt man "Tandem-Massenspektrometrie" oder "MS/MS". Es können die El­ ternionen für die Erzeugung von Tochterionen in verschiedener Weise selektiert werden. So kann man alle Isotopenionen einer Substanz mit gleicher Ladung auswählen, oder aber auch nur eine einzige Isotopensorte ("monisotopische" Ionen).

Eine Ionenleitvorrichtung in Form einer Doppelhelix läßt sich sehr leicht herstellen, und bildet dann ein robustes Gebilde, das sehr widerstandsfähig gegen mechanische Beschädigungen und Vibrationen ist. Unter Benutzung eines zweigängigen Schraubenkerns, der zu diesem Zweck sehr einfach auf einer Drehbank angefertigt werden kann, lassen sich die beiden Drähte der Doppelhelix sehr leicht wickeln, wobei die Drähte in die beiden Gewindegänge des zweigängi­ gen Schraubenkerns eingelegt werden. Es ist dabei von Vorteil, wenn die Gewindegänge weni­ ger als halb so tief sind wie der Drahtdurchmesser. Federnder, harter Draht kann durch vorhe­ riges Aufwickeln auf einen dünnen Kern und anschließendes Recken vorgewendelt werden, so daß praktisch keine Wickelspannung mehr auftritt. Auf die Wicklungen werden dann isolieren­ de Haltestreifen oder - als Hüllen - isolierende Halbschalen aufgeklebt, während sich die Wicklungen noch auf dem Schraubenkern befinden. Die Halbschalen können Löcher besitzen, um den Druckabfall zum Ende hin zu erzeugen. Haltestreifen oder Halbschalen können aus Glas, Keramik oder sogar aus Kunststoff gefertigt sein. Haltestreifen oder Halbschalen können dabei schräg eingefräste Rundnuten besitzen, die dem Durchmesser, dem Abstand und der Steigung der Drähte entsprechen. Durch die Verklebung entsteht eine sehr feste Struktur, weil die an sich schon harten Drähte dabei jeweils in kurzen Abständen von maximal einer halben Umdrehung zueinander befestigt sind. Nach der Aushärtung des Klebstoffs kann der vorher leicht gefettete Schraubenkern aus der Struktur herausgeschraubt werden.

Das Flugzeitmassenspektrometer kann mit sehr hoher Taktrate betrieben werden, beispielswei­ se mit 20000 Spektren pro Sekunde, von denen üblicherweise jeweils größere Anzahlen von Einzelspektren nach dem Digitalisieren sehr schnell zu Summenspektren addiert werden. Das Flugzeitmassenspektrometer kann dabei vorteilhaft eine sehr gute Massenpräzision liefern. An­ dererseits kann es aber auch durch 10 bis 20 (oder sogar mehr) Summenspektren pro Sekunde eine hohe Substanzauflösung liefern, wenn dem Massenspektrometer ein schnell separierendes Trennsystem vorgeschaltet ist. Die Ionenquelle für dieses Massenspektrometer kann daher mit sehr schnellen Trennsystemen zur Probenseparation, beispielsweise mit kapillarer Elektropho­ rese oder Mikrosäulen-Flüssigkeitschromatographie, gekoppelt werden. Diese Probenseparato­ ren liefern dann zeitgetrennte Substanzschübe kurzer Zeitdauer sehr konzentriert an, die durch die erfindungsgemäße Konditionierung des Primärstrahls für das Flugzeitnmassenspektrometer gut zeitaufgelöst werden.

Mit den hier angegebenen Grundprinzipien der Erfindung kann der Fachmann in der Entwick­ lung von Massenspektrometern sehr leicht ein Flugzeitmassenspektrometer entwickeln, das bestimmten analytischen Aufgaben des Spektrometers in besonders guter Weise angepasst ist.

Claims (25)

1. Verfahren zur Erzeugung eines konditionierten Primärionenstrahles für ein Flugzeitmas­ senspektrometer, bestehend aus folgenden Schritten:

• a) Einschießen der Ionen in ein stabförmiges oder doppelhelixförmiges Hochfrequenz- Ionenleitsystem,
• b) Dämpfen der Ionenbewegungen im Ionenleitsystem durch Stöße mit einem Dämp­ fungsgas genügend hohen Drucks bis zum Stillstand der Ionen im Gas, wobei sich die Io­ nen in der Achse des Ionenleitsystems sammeln,
• c) Führen der Ionen durch einen aktiven Vortrieb an das Ende des Ionenleitsystems,
• d) Herausziehen der Ionen durch ein Ziehlinsensystem am Ende des Ionenleitsystems, und
• e) Formen eines feinen Primärionenstrahls durch das Ziehlinsensystem.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsgas einen Druck zwischen 0,01 und 100 Pascal hat.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsgas in eine Hülle geleitet wird, die das Ionenleitsystem umschließt.

4. Verfahren nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des aktiven Vortriebs der Ionen durch einen Strom des Dämpfungsgases zum Ende des Ionenleitsystems hin erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des aktiven Vortriebs durch eine achsiale Komponente des Pseudopotentials er­ zeugt wird, die durch ein leicht konisch geformtes Ionenleitsystem entsteht.

6. Verfahren nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teil des aktiven Vortriebs durch ein achsiales elektrisches Gleichfeld im Ionenleitsys­ tem erzeugt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das achsiale ektrische Gleich­ feld durch Gleichspannungen erzeugt wird, die längs der Stäbe oder Helixdrähte der Io­ nenleitvorrichtung aufrechterhalten werden.

8. Verfahren nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Phasen der Hochfrequenzspannung des Ionenleitsystems mit je einem Gleichspannungspo­ tential überlagert werden, und dass durch eine Abstimmung der Hochfrequenzamplitude und der Gleichspannungspotentiale zueinander das Ionenleitsystem als ein Durchlaßfilter für Ionen eines Bereiches bestimmter Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse wirkt.

9. Verfahren nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in das Ionenleitsystem eingeschossenen Ionen eine kinetische Energie haben, die zu ihrer eigenen Stoßfragmentierung im Dämpfungsgas ausreicht.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die eingeschossenen Ionen durch ein vorgeschaltetes Massenspektrometer Ionen eines gewünschten Bereichs von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen selektiert werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionen durch ein vorge­ schaltetes Quadrupolfilter-Massenspektrometer selektiert werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionen durch ein vorge­ schaltetes Wien-Filter selektiert werden.

13. Vorrichtung für die Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus
einem Hochfrequenz-Ionenleitsystem,
einer Gaszufuhr für Dämpfungsgas zum Ionenleitsystem,
einem aktiven Vorschubsystem für die Ionen im Ionenleitsystem, und
einem Ziehlinsensystem am Ende des Ionenleitsystems, das die Ionen aus dem Ionenleitsys­ tem herausziehen und zu einem feinen Primärionenstrahl formen kann.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Ionenleitsystem die Form einer Doppelhelix hat.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Ionenleitsystem größ­ tenteils von einer Hülle umschlossen ist und dass das Dämpfungsgas nahe am Anfang des Ionenleitsystems in die Hülle eintritt, wodurch der Gasfluss im Ionenleitsystem ein Vor­ schubsystem für die Ionen bildet.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsgas zusammen mit vakuumextern erzeugten Ionen durch Eintrittskapillaren und/oder Eintrittsöffnungen in das Vakuumsystem des Ionenleitsystems eintritt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Ionenleitsystem zum Ende hin konisch öffnet, wodurch ein Vorschubsystem für die Ionen durch eine achsiale Komponente des Pseudopotentials gebildet wird.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass an die beidseitigen Enden aller Polstäbe oder Helixdrähte des Ionenleitsystems jeweils eine Gleichspannung so angelegt ist, dass im Ionenleitsystem ein achsiales Gleichfeld entsteht, das ein Vorschubsystem für die Ionen bildet.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Polstäbe oder Drähte der Doppelhelix aus Widerstandsdraht gefertigt sind.

20. Vorrichtung nach einem der bisherigen Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Ziehlinsensystem aus mindestens drei Lochblenden auf drei verschiedenen Potentialen besteht.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Zieh­ linsensystem aus mindestens vier Lochblenden besteht, von denen die letzen drei eine Ein­ zellinse bilden.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochblende mit dem kleinsten Loch gasdicht in die Vakuumtrennwand zwischen der Va­ kuumkammer für das Ionenleitsystem und der Vakuumkammer für das Flugzeitmassen­ spektrometer integriert ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass dem Io­ nenleitsystem ein Massenspektrometer vorgeschaltet ist, das Ionen eines Masse-zu- Ladungsbereichs selektieren kann, und dass eine Spannungsversorgung zwischen dem Ausgang des Massenspektrometers und dem Eingang des Ionenleitsystems eine Spannung so erzeugt, dass die kinetische Energie der Ionen beim Eintritt in das Ionenleitsystem aus­ reicht, die Ionen durch Stoßprozesse mit dem Dämpfungsgas zu fragmentieren.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgeschaltete Mas­ senspektrometer ein Quadrupol-Massenfilter ist.

25. Verfahren zur Erzeugung eines konditionierten Primärionenstrahles für ein Flugzeitmas­ senspektrometer unter Verwendung eines stabförmigen oder doppelhelixförmigen Hoch­ frequenz-Ionenleitsystems, dadurch gekennzeichnet,
dass die in das Ionenleitsystem eingeschossenen Ionen durch Kollisionen mit einem Dämpfungsgas genügend hohen Drucks in ihrer Bewegung vollständig gedämpft werden,
dass die in ihrer Bewegung gedämpften Ionen durch einen aktiven Vortrieb an das Ende des Ionenleitsystems geführt werden, und
dass ein Ziehlinsensystem am Ende des Ionenleitsystems die Ionen aus dem Ionenleitsys­ tem herauszieht und zu einem feinen Primärionenstrahl formt.